微生物菌剂调节春季小龙虾养殖期稻田水质的田间试验

张丁月，杨亚珍，方明棵，朱建强

（1.长江大学农学院，湖北 荆州 434025；2.江苏沿海地区农业科学研究所，江苏 盐城 224002；3.长江大学生命科学院，湖北 荆州 434025）

近年来，水稻和小龙虾（克氏原螯虾Procambarus clarkia）综合种养已成为我国长江中下游地区典型的种养模式之一。截至2019 年底，全国稻田养殖小龙虾产量为177.25×104t，养殖面积110.54×104hm2，分别占小龙虾养殖总产量和总面积的84.84%和85.96%，占全国稻渔综合种养总产量和总面积的60.46%和47.71%[1]。与传统的水稻单作模式相比，该模式提高了水稻作物的质量和数量，也收获了动物蛋白[2]，提高了经济效益[3]。随着稻虾养殖面积的不断扩大，盲目追求高产多收的养殖措施加剧了养殖水环境恶化。养殖过程残留的饵料、水生生物粪便和尸体腐烂分解，产生氨氮、亚硝态氮、硫化氢等严重恶化稻田养殖环境，造成小龙虾严重损失。另外，稻田高密度养殖打破了原有的生态平衡，容易引发小龙虾在养殖中后期生理机能失调、生长慢、抵抗功能下降，逐渐感染疾病，甚至死亡，影响其产量和质量。因此，在养殖过程中实时监测养殖水质十分必要，当水质出现状况时，采取一定措施，调节养殖水体中的氨氮和亚硝态氮，改善养殖生态环境，对稻田小龙虾健康养殖具有重要意义。当前调控养殖水体水质的方法主要有物理、化学以及生物三种措施[4]。物理措施是根据氨氮的基本物理性质进行简单地降低。现阶段，农户使用最广泛的物理方法是换水稀释氨氮。其简单易行且效果显著，得到农户的广泛认可。但这种方法的明显弊端是大量地换水导致电力资源、水资源浪费严重，也给外部环境带来了巨大压力。化学措施是在养殖水体中加入一定物质，通过其与氨氮反应来达到去除氨氮的目的，其具有氨氮去除率高，速度快等优势，但化学措施一般成本较高，对环境要求苛刻，试剂用量难以把控，容易对水环境产生负面影响。生物措施主要是利用微生物制剂改良水质降氨，施用光合细菌、硝化细菌、放线菌等微生物制剂，通过微生物分解达到降低氨氮的目的。该方法相对于前两种效果好、副作用小。

本研究在春夏养殖季，以有机肥作为底肥，投入不同微生物菌剂，探究其对水质的调节作用，以期解决养殖中后期水质变差的问题。

1 材料与方法

1.1 试验地点与种养系统介绍

试验在湖北省荆州市太湖港管理区长江大学农业产业科技园湖区涝渍低产稻田中进行。该地区为亚热带季风湿润气候，年平均气温16.2 ℃，平均无霜期为252 d，平均年降雨量约为1 200 mm，土壤类型为潜育型水稻土。通过开挖围沟修筑围埂改造后进行稻虾（小龙虾）综合种养。自2019 年开始开展稻田休耕期和稻作期养殖小龙虾。试验地有8 个完全相同的种养单元，随机选取3 个单元安排试验。每个种养单元种植区660 m2，养殖沟（环沟）占地180 m2。每个种养单元分设进、排水口（图1）。进水口底部高于田面30 cm，排水口底部低于田面80 cm。养殖沟排水口与田块附近田间排水沟相连，由插管式简易装置控制排水。进排水口用20 目的长型网袋过滤，以防止敌害生物随水流进入或小龙虾逃出。小区周围用聚乙烯加厚防逃网，网高40 cm。

图1 稻虾种养田间工程配置Fig.1 Farmland works configuration of a rice-crayfish farming system

1.2 试验设计

通常3 月下旬气温回升加快，小龙虾进入了快速生长阶段，同时水质管理也进入了关键期。4—5月水质管理对小龙虾中后期健康生长和取得高产具有重要作用。2019 年4—5 月，进行了有机肥与菌剂配施调控养殖水质试验（表1）。4 月6 日开始按试验方案投放肥料，4 月19 日投放虾苗（规格约为3 g/尾），投苗密度为375 kg·hm-2，于次日下午5 点开始每两日定时定点投放饲料，投放量约为小龙虾重量的3%左右，投放方式为在虾沟与田面均匀投放。从4 月30 日开始，改为每日投放，投放量约为小龙虾重量的5%左右。试验用的有机肥有机质≥45%、NPK 有效养分总量≥6%，所用芽孢杆菌与光合细菌由实验室制备（菌体浓度为1.0×108cfu/mL）。试验期间，通过适当补水使田面水深维持在30 cm左右。

表1 试验处理Tab.1 Experimental treatments

1.3 水样采集与测定方法

试验期间，每5 d 在虾沟随机选5 点，上午10:00左右用便携式仪器原位测定水体pH 和溶解氧含量（DO），用水样采集器取水面下50 cm 处水样500 mL，带回实验室测定氨氮和亚硝态氮。

按文献[5]的方法检测养殖水质，其中，水体氨氮含量用水杨酸分光光度法、亚硝态氮含量用N-1-萘基-乙二胺光度法测定；总氮用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定；pH 用FG2 型pH 计（雷磁）测定，DO 用JPB-607A 溶解氧测定仪（雷磁）测定。

1.4 成虾捕捞调查与效益核算

投虾苗后1 个月用地笼捕捞成虾（大于20 g/尾），进行田间捕捞调查，沿每个种养单元长边投放5 个地笼，短边投放2 个地笼，即每个种养单元共投放14 个地笼。捕捞时，第一天傍晚六点投放地笼，并在附近投饲诱捕，第二天早上七点捕捞，记录每次捕捞量，以连续5 日捕捞量之和表示一次投苗后的成虾产量（kg/hm2），用每个处理5 次地笼捕捞量计算每个地笼的平均捕捞量（g/笼）。每个处理随机取小龙虾2 kg，清点数量得到单尾鲜重，随机取20尾测定体长。根据江汉平原五月小龙虾成虾（每尾≥20 g）平均售价20 元/kg 和稻田成虾养殖成本8 元/kg，计算各处理的净效益（元/hm2）。

1.5 数据处理与分析

用DPS 7.05 软件进行方差分析，用最小显著性检验（LSD）法比较不同处理间的差异显著性。下文中标不同字母的平均值间存在5%显著性水平上的差异。用Excel 2007 软件制作相关图表。

2 结果与分析

2.1 不同微生物菌剂对溶解氧与pH 的影响

在小龙虾养殖期施肥后，水体溶氧含量在2.0～5.6 mg/L 之间。在投苗后（4 月21 日），水中溶氧量显著降低，随后缓慢增加，最后于投苗10 d（5月1 日）后恢复到正常水平（图2）。不同施肥处理下，溶解氧含量表现为T3＞T2＞T1。各处理组间在投苗前未出现显著差异，投苗后T3 组水体溶解氧量与T1、T2 组差异极显著（P＜0.01），说明在投苗前施入有机肥时配施光合细菌可有效改善水质。

图2 稻-虾养殖塘中不同微生物菌剂处理下养殖水体的溶解氧含量Fig.2 Dissolved oxygen levels in water in rice-crayfish farming system with different microbial agents

施肥后水中pH 缓慢提高，最后于5 月11 日达到最高水平，之后逐渐降低。各处理间差异不显著，养殖水体pH 在7.2～7.4 之间（图3）。

图3 稻-虾养殖塘中不同微生物菌剂处理下养殖水体的pHFig.3 pH values in water in rice-crayfish farming system with different microbial agents

2.2 不同微生物菌剂对氨氮、亚硝态氮和总氮含量的影响

在小龙虾养殖期施肥后，养殖沟氨氮含量在0.17～0.28 mg/L 之间。各处理组氨氮水平呈现先降低后升高的趋势；不同施肥处理下，氨氮含量表现为T1＞T2＞T3，各处理间在投苗前未出现显著差异，投苗后，T3 处理氨氮浓度显著低于T1、T2（P＜0.05），随后接近相同。在投苗10 d（5 月1 日），T3 处理水体氨氮浓度显著低于T1 组，T2 与T1 组差异不显著（P＞0.05）；而在投苗后15 d（5 月6 日）呈现T1＞T2＞T3，且各处理间差异显著（P＜0.05）（图4）。综上所述，相比较单施有机肥，有机肥配施光合细菌可在5 d、配施芽孢杆菌则需要15 d 左右迅速降低水中氨氮。

图4 稻-虾养殖塘中不同微生物菌剂处理下养殖水体的氨氮Fig.4 Ammonia nitrogen levels in rice-crayfish farming system with different microbial agents

在小龙虾养殖期施肥后亚硝态氮含量在0.001～0.014 mg/L 之间，总体上变化趋势与氨氮相同，各处理亚硝态氮水平均呈先升降低后升高的趋势；不同施肥处理下，在养殖中后期亚硝态氮含量表现为T1＞T2＞T3。在养殖前期，各处理亚硝态氮含量差异不显著（P＞0.05），在投苗10 d（5 月1 日）开始，T3 处理水体氨氮浓度显著低于T1、T2，而T2 与T1 之间差异始终不显著（P＞0.05）。相比较单施有机肥，配施光合细菌可有效降低养殖中后期水中氨氮（图5）。

图5 稻-虾养殖塘中不同微生物菌剂处理下养殖水体的亚硝态氮含量Fig.5 Nitrite nitrogen levels in rice-crayfish farming system with different microbial agents

在小龙虾养殖期施肥后养殖沟总氮含量在2.55～8.01 mg/L 之间。总体上，各处理总氮水平均呈现先降低后升高的趋势；不同施肥处理下，各处理之间差异不显著（P＞0.05）（图6）。

图6 不同微生物菌剂处理下养殖水体的总氮Fig.6 Total nitrite nitrogen levels in rice-crayfish farming system with different microbial agents

2.3 不同微生物菌剂下成虾生长与效益

不同处理下小龙虾幼苗投入稻田30 d 后的生长状况及净效益见表2，有机肥与有益菌（芽孢杆菌、光合菌）配施相比仅施有机肥，其养殖效果存在明显差异（P＜0.05）。

从每尾小龙虾平均体长、鲜重、每笼捕捞量和单位养殖面积产量看，均呈现T3＞T2＞T1 的趋势，T3 与T1 组虾的体长差异显著，T1、T2、T3 在每尾鲜重和捕捞量上差异显著（P＜0.05）。由表2 可知，与T1 相比，T2、T3 组的小龙虾单尾鲜重分别提高了24%和36%，捕捞量（或养殖效益）分别增加了32.19%和97.91%。从一次投苗的养殖净效益看，与T1 相比，T2 增收1 627.2 元/hm2，T3 增收4 948.8 元/hm2。上述试验结果表明，有机肥与有益微生物菌剂配施可促进小龙虾生长、提高养殖效益，其中尤以T3 处理的增产增收效果最优，即有机肥与光合菌配施相对仅施有机肥可取得最佳效果。

3 讨论

3.1 不同微生物菌剂对养殖水体溶解氧含量的影响

本研究中，在小龙虾养殖期施肥后，水体中溶氧量变化在2.0～5.6 mg/L 之间。投苗后，水中溶氧显著降低，小龙虾进入水体后，应激反应，活动量增大，扰动水体，使得水体透明度降低，影响水生植物光合作用。与此同时，水中投入大量虾苗后，氧气消耗量增加，使得水中溶解含量氧迅速降低。TI 与T2投入虾苗后，溶解氧迅速降到2 mg/L，对小龙虾幼苗产生胁迫性[6]，而T3 溶解氧仍可保持4 mg/L，对幼苗影响较小。刘福军等[7]将光合细菌应用于盐碱地池塘改良水质时发现，施用光合细菌可以提高水中溶氧量；邱宏端等[8]与邓吉朋等[9]将光合细菌用于淡水鱼类养殖后发现，水体中气溶氧量和pH 均有所上升；这与本研究结果相一致。本研究中，随着施肥的进行，不同处理组水体溶解氧含量均出现下降，原因在于在养殖中后期，水体中蓄积了大量的残饵、有机肥、动植物排泄物和死亡残体等含氮有机物，而温度逐渐升高，水中微生物活动加剧，分解消耗大量氧气，使得溶解氧量降低，建议农户在养殖中后期，必要时采用物理增氧与使用菌剂相结合的方式提高水体溶解氧，以避免低溶解氧对小龙虾胁迫。

3.2 不同微生物菌剂对氨氮与亚硝态氮含量的影响

大量研究表明[8-13]，光合细菌与芽孢杆菌可有效降低养殖水体中氨氮与亚硝态氮含量。本研究中，投苗后T3 组氨氮浓度显著低于T1、T2（P＜0.05），说明在投苗前施入有机肥时配施光合细菌可有效降低氨氮含量，可以在一定程度上减少虾苗入水后的应激反应。在养殖水体中，溶解氧量不足时，光合细菌仍然能够正常地生长繁殖，因此，光合细菌不仅可以为水产养殖提供氧气量和营养上的支持，还能净化水质，保障水产养殖的过程。黄文等[14]利用光合细菌开展锦鲤节水养殖试验，结果表明光合细菌提高了养殖水体的自净能力，减少了换水量和锦鲤的应激反应，这与本试验结果相符。本研究发现，相比较单施有机肥，配施芽孢杆菌也可降低水中氨氮浓度，与前人研究结果相一致。本试验程中，亚硝态氮含量呈现先低后高的趋势，尤其是养殖后期，亚硝态氮最高，可能是养殖后期，大量的肥料与未被利用的饲料在水体中累积，而微生物分解有机质需要消耗大量氧气，使得水体亚硝态氮累积。

3.3 不同微生物菌剂对小龙虾规格与产量的影响

以有机肥为底肥配施光合细菌可有效提高小龙虾体质量与体长，原因在于，光合细菌在降低养殖水质氨氮与亚硝态氮浓度、改善水质的同时，其本身内含丰富的蛋白质、氨基酸、维生素B 和叶酸等可提高动物免疫能力的生理活性物质[15]，而益生菌定植在对虾肠道中可增强对虾的抗病力，提高其成活率[16-18]。Dicks 等[19]、陈总会等[20]以及刘道玉等[21]研究发现，添加酵母菌、乳酸菌、放线菌、芽孢杆菌和光合细菌等有益菌的复合微生物菌剂不仅可以抑制水生动物体内病原菌生长，还能产生丰富的代谢产物，如维生素、类胡萝卜素和促生长因子等。刘惠玲等[22]发现，向罗非鱼的鱼苗养殖环境中加入光合细菌，改善了养殖水质的同时，罗非鱼鱼苗的免疫力加强，存活率提高了6.67%；谢芝玲等[23]使用芽孢杆菌与光合细菌等组成的复合微生物菌剂作为饲料添加剂明显促进对虾生长，这与本研究结果相一致。

3.4 结论

（1）在春季小龙虾养殖期，以有机肥为底肥、配施光合细菌，可有效改善稻田养殖水质，在养殖中后期可显著降低水体氨氮与亚硝态氮含量。

（2）与单施有机肥相比，有机肥配施芽孢杆菌与配施光合细菌可分别提高小龙虾体质量24%和36%。有机肥配施光合细菌可显著提高小龙虾体长以及捕捞量，具有显著增产增收效果。